细观结构参量对推进剂力学性能影响的数值研究

为了更好地理解并预测复合固体推进剂组分、界面对其宏观力学性能的影响,在细观层次上建立了考虑界面和颗粒形貌的代表性体积单元(Representative volume elements,RVE)计算模型,通过引入内聚力模型(Cohesive zone model,CZM)研究了界面刚度、强度及最大失效位移对推进剂力学性能的影响,并对比分析了颗粒形貌与界面对其力学性能的贡献。研究结果表明:界面刚度为0.004~400 MPa/mm时,推进剂初始模量从0.67 MPa提升到3.67 MPa;界面强度从0.05 MPa提高至30 MPa时,推进剂拉伸强度从0.15 MPa提高到了0.76 MPa,即界面刚度增加对推进剂初始模量的提高有限,而界面强度对其拉伸强度的提高非常显著;然而,较高的界面强度可能导致细观结构出现“损伤局部化”,从而降低延伸率。相对于界面对推进剂实际力学性能的提升,颗粒级配、形状的作用显得较小,说明界面是决定推进剂拉伸性能的主要因素之一。最后基于以上分析结果,对另一种推进剂在不同应力下的蠕变性能进行了预测,发现蠕变断裂时间的对数与恒定应力满足线性关系。